4.2. Описание лабораторной установки.
В данной работе основные исследования проводятся с использованием многоволоконного нерегулярного световода (рис. 4.5). Установка включает гелий-неоновый лазер (λ = 632,8 нм), укрепленный на оптической скамье соосно с входным торцом световода (рис. 4.6). Поворотный столик П1 обеспечивает изменение угла падения (θпад) лазерного пучка на входной торец световода. Мощность пучка, отраженного от входного торца световода Ротр регистрируется фотоприемником ФП1 и измерительным прибором ИП1. При необходимости зарегистрировать полную мощность излучения лазера Рвх фотоприемник ФП1 устанавливается перед световодом. Мощность пучка, прошедшего световод Рвых, регистрируется тем же фотоприемником ФП1, устанавливаемым вплотную к выходному торцу световода. При регистрации мощностей излучения лазера, отраженного и прошедшего световод пучков лазерный луч должен попадать в центр приемной площадки фотоприемника. Снятие радиального распределения интенсивности в поперечном сечении выходного пучка осуществляется с помощью перемещаемого подвижкой П2 точечного фотоприемника ФП2 с диаметром приемного окна порядка 1 мм.
Установка позволяет исследовать также прохождение лазерного излучения через оптические элементы в виде стеклянных параллелепипеда, прутка и трубки. Источником излучения в данном случае служит полупроводниковый лазер видимого диапазона. Эксперименты по передаче изображения базируются на использовании регулярного световода с входной и выходной оптическими системами и экрана.
Оценка степени пространственной когерентности излучения производятся с помощью регулярной дифракционной структуры Д – металлической мелкоструктурной сетки с круглыми отверстиями диаметром d и шагом D по координатам x, y в плоскости сетки. Структура устанавливается поочередно на пути прямого лазерного пучка либо перед световодом, либо – после световода.
Рис. 4.6. Структурная схема лабораторной установки
Рис. 4.7. Распределение экстремумов дифракционной функции
Контроль распределения интенсивности в поперечном сечении дифрагированного пучка осуществляется вручную или фотографически (рис. 4.7). Углы дифракционной расходимости θ1 и θ2 могут быть найдены экспериментально по измеренным расстояниям между экстремумами x1, x2 и расстоянию от сетки до экрана L: θ1 ≈ x1 / L, θ2 ≈ x2 / L. Используя известные из теории дифракции соотношения для θ1 ≈ λ / d и θ2 ≈ λ / D, а также их экспериментальные значения, можно оценить размеры дифракционной структуры d и D.
4.3. Порядок выполнения работы
1. Включить газоразрядный лазер. Измерить мощность излучения лазера Рвх (в относительных единицах) при помощи фотодиода ФП1, установив его в зоне падающего пучка приемной площадкой в сторону лазера.
2. Снять зависимость мощности отраженного от торца световода лазерного пучка Ротр = f (θпад), изменяя угол падения через 5° в пределах 5...80° и синхронно с θпад перемещая фотоприемник ФП1.
3. Установить фотоприемник ФП1 за световодом, фотоприемной площадкой вплотную к выходному торцу. Снять зависимость мощности, прошедшей световод Рвых = f (θпад). Угол падения θпад изменять через 5° в пределах 0...80°. Убрать ФП1.
4. Установить торец световода на расстоянии 10…30 мм от экрана с точечным фотоприемником ФП2. Перемещая ФП2 по вертикальной координате координате z с шагом 1…2 мм, исследовать три распределения интенсивности в поперечном сечении выходного пучка Iвых = f (z): для нормального падения входного луча (θ1 = 0) и наклонного (θ2 = 10…15° и θ3 = 20…25°).
5. Расположить регулярную дифракционную структуру на пути входного пучка непосредственно перед лазером. Установить экран за дифракционной структурой на расстоянии L = 300…350 мм. Зафиксировать дифракционную картину. Для центрального (нулевого) максимума измерить расстояние x1 между нулевыми значениями дифракционной функции, сформированной регулярными отверстиями диаметром d. По положению отдельных экстремумов (точек) зафиксировать период дифракционной картины x2, определяемой шагом структуры D.
6. Повторить п. 5 для расстояния L = 200…250 мм.
7. Установить дифракционную решетку за выходным торцом световода, и зафиксировать распределение интенсивности пучка.